Pilze als Baumeister für Nanomaterialien

Kontrollierter Aufbau von hochgeordneten Strukturen aus Gold-Nanoteilchen entlang wachsendem Pilz-Mycel

21.05.2003

Biologische Systeme mit ihrer erstaunlichen Vielfalt an komplizierten, dabei aber bis in den Nanomaßstab hochgeordneten Strukturen haben schon immer eine große Faszination auf Materialwissenschaftler ausgeübt und zur Nachahmung angeregt. Aber es ist nicht mehr nur Abkupfern angesagt, die Forschung versucht inzwischen auch, Mikroorganismen wie Bakterien, Viren und Pilze direkt in die gezielte Synthese von neuartigen Materialien mit einzubeziehen. Amerikanische Forscher von der Northwestern University, Evanston, haben lebende Pilze als "Matrizen" bei der Synthese hochgeordneter Strukturen aus Nanopartikeln mitarbeiten lassen.

Das Prinzip, auf dem die Methode der Wissenschaftler um Chad A. Mirkin beruht, ist dabei so simpel wie frappierend: In einem Nährmedium werden nanoskopische Goldpartikel dispergiert, an die zuvor kurze DNA-Stränge gekoppelt wurden. Dann wird das Medium mit Pilzsporen angeimpft. Wenn der Pilz zu wachsen beginnt, bildet er ein fadenartiges Geflecht, das als Hyphen oder Mycel bezeichnet wird. Die Goldpartikelchen lagern sich dabei selektiv an die Oberfläche des Mycels an und bilden einen sehr dichten Überzug. Durch langsames Trocknen und Einbetten in Epoxy-Harz lassen sich die schlauchartigen Gebilde konservieren und untersuchen.Rasch getrocknet und zu Filmen gepresst erhält man ein faseriges, goldglänzendes Material. Da das Mycel mit einem konstanten, für die jeweilige Pilzart charakteristischen Durchmesser wächst, entstehen sehr gleichmäßige Schläuche.

Der Clou: über die DNA-Stränge der Goldpartikel kann eine weitere Schicht von Gold-Kügelchen, etwa einer anderen Größe, angekoppelt werden, wenn diese die passenden - komplementären - DNA-Gegenstücke tragen. Nach diesem Prinzip lassen sich kompliziertere Sekundärstrukturen aufbauen. Aber die Pilze können noch mehr. Sie überleben das "Vergolden" und ihr Mycel wächst - solange sie mit den richtigen Nährstoffen versorgt werden - unbeeinträchtigt weiter. Wechselt man nun das Medium und fügt wiederum Goldpartikel einer anderen Größe zu, lagern sich diese an die neu entstehenden Bereiche an: Man erhält Schläuche, die abschnittsweise unterschiedliche Beschichtungen tragen.

"So lassen sich Mikroorganismen als lebende Matrizen zur Herstellung makroskopischer Architekturen mit streng kontrollierten mikro- und nanoskopischen Dimensionen herstellen," erklärt Mirkin. "Auch wenn das gewonnene Material golden glänzt und so wie ein Metall glänzt, scheint es sich doch eher wie eine neue Form von Halbleiter zu verhalten. Wir hoffen, so Materialien mit neuartigen maßgeschneiderten opto-elektronischen, magnetischen oder auch katalytischen Eigenschaften erzeugen zu können."

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